초록 ▼

Ⅳ. 연구개발결과
고정 면적 오리피스 핀틀 분사기의 연소시험과 관련하여, 신규 제작한 P09 핀틀 분사기를 포함, 13가지 경우의 핀틀 분사기 및 환형 오리피스 조합에 대하여 최대 40% 추력 조건 스로틀링 시험을 포함한 29회의 신규 및 보완 연소시험을 수행하였다. 2019년 이후 핀틀 분사기 연소기 누적 연소시험은 70회 1291초이다. 가변 핀틀 분사기 개발과 관련하여, 2가지 방식의 가변 면적 오리피스 메커니즘을 설계하고 이중 1개에 메커니즘을 제작하여 수류시험을 수행하였다.

고정 면적 오리피스 핀틀 분사기

Ⅳ. 연구개발결과
고정 면적 오리피스 핀틀 분사기의 연소시험과 관련하여, 신규 제작한 P09 핀틀 분사기를 포함, 13가지 경우의 핀틀 분사기 및 환형 오리피스 조합에 대하여 최대 40% 추력 조건 스로틀링 시험을 포함한 29회의 신규 및 보완 연소시험을 수행하였다. 2019년 이후 핀틀 분사기 연소기 누적 연소시험은 70회 1291초이다. 가변 핀틀 분사기 개발과 관련하여, 2가지 방식의 가변 면적 오리피스 메커니즘을 설계하고 이중 1개에 메커니즘을 제작하여 수류시험을 수행하였다.

고정 면적 오리피스 핀틀 분사기 29회 연소시험 중 2열 핀틀 분사기 시험은 P03, P04에 대하여 14회의 연소시험을 수행하였다. P03은 A01, A02, 그리고 A04 조합으로 각각 정격점 2회의 보완시험을 수행하였다.
또한 A02 조합으로 80%, 60%, 40% 스로틀링 연소시험을 각 1회씩 수행하였다. P04는 A01 조합 정격점 1회, A02 조합 정격점 1회 외에 A02 조합으로 80%, 60%, 40% 스로틀링 연소시험을 각 1회씩 수행하였다.
정격점 기준으로 혼합비 분산은 존재하나 93.1%-95.2% 사이의 특성속도효율을 획득하였다. P03A02 및 P04A02 조합에서의 스로틀링 연소시험은 정상구간에서 모두 연소불안정현상 없이 100% 추력과 유사한 정도의 섭동특성을 나타내었다. 초기 점화 후 천이과정에서 핀틀 분사기 매니폴드의 높은 온도로 인해 산화제 끓음 현상에 의한 chugging 현상이 확인되었으나, 매니폴드 온도 안정화와 함께 제거되었다. 핀틀 끝단부의 열손상은 발생하지 않았으며, 핀틀 오리피스도 양호한 상태임을 확인하였다.

1열 핀틀 분사기 시험은 총 15회 수행하였다. 기존에 제작된 P07, P08의 보완 시험 9회와 신규로 제작된 P09에 대한 6회의 연소시험을 수행하였다. P07은 A01 조합으로 80%, 60%, 40% 스로틀링 연소시험을 각1회씩 수행하였다. 1열 핀틀 분사기의 특성속도효율은 2열 핀틀 분사기보다 낮았으며, P07에서 최대 91.6%의 효율이 발생하였다. 효율은 차단율과 총운동량비 뿐 아니라 핀틀 오리피스 길이의 영향을 받는데, 차단율에 의한 효과보다는 총운동량비에 의한 효과가 크게 나타난다. 열유속은 2열 핀틀 분사기 대비 높은 수준의 열유속이 발생하였으며, 손상이 심한 P09가 가장 높게 확인되었다.

본 연구에서 단순 2개 부품으로 구성된 고정 면적 오리피스를 가진 단일 핀틀 분사기 헤드부를 적용함으로써 19개의 동축와류형 분사기로 다수분산 배치된 기존 연소기 헤드부를 대체하여 동등 수준이상의 연소안정성과 효율을 가질 수 있음을 확인하였다. 또한, 스프링 댐퍼 방식의 가변 면적 오리피스 메커니즘 동특성 해석 및 제작, 수류시험을 수행하여 슬리브 구동을 위한 스프링 댐퍼 방식 메커니즘의 유용성을 확인하였다.

(출처 : 요약문 4p)

Abstract ▼

Ⅳ. Results of the Research
Regarding the previous combustion tests of the fixed-area orifice pintle injectors, 29 combustion tests were conducted. These tests contain 13 oxidizer and fuel manifolds combinations, including the newly built P09 injector and the throttling tests of 40% level thrust o

Ⅳ. Results of the Research
Regarding the previous combustion tests of the fixed-area orifice pintle injectors, 29 combustion tests were conducted. These tests contain 13 oxidizer and fuel manifolds combinations, including the newly built P09 injector and the throttling tests of 40% level thrust of some pintle injector combinations. Since 2019, the accumulated number of the combustion test has been 70 times and 1291 seconds.
Concerning the development of variable-area pintle injector mechanisms, two types of mechanisms were proposed and designed. And the spring-damper mechanism was manufactured and tested with cold water.

Among the 29 combustion tests of the fixed-area orifice pintle injectors, 14 combustion tests were for the two-row pintle injectors, P03 and P04. For P03 pintle orifice, 80%, 60%, and 40% throttling combustion tests were performed once for each with the A02 combination. And the supplementary tests with the A01, A02, and A04 combination at the design point were conducted two times for each.
For the P04 pintle orifice, the design point tests with A01 and A02 were conducted once to obtain the test data reinforcement. And 80%, 60%, and 40% throttling combustion tests were also performed once with the A02 combination. The characteristic speed efficiency at the design point was between 93.1% and 95.2% despite the dispersion of the o/f ratio.

The throttling combustion tests in the combination of P03A02 and P04A02 showed perturbation characteristics similar to 100% thrust level without combustion instability in a steady-state. In the transition process after ignition, chugging caused by the oxidizer boiling was confirmed due to the high temperature of the pintle injector manifold. However, it was disappeared after the manifold temperature stabilization. There was no thermal damage to the pintle tip, and the pintle orifice was in good condition.

The single-row pintle injector test was performed 15 times. Nine additional combustion tests of P07 and P08, and six combustion tests of P09 which was newly manufactured were performed. For P07, 80%, 60%, and 40% throttling combustion tests were performed once each with A01. The characteristic speed efficiency of the single-row pintle injector was lower than that of the two-row pintle injector, and the maximum efficiency was up to 91.6% at P07. The efficiency is affected by the length of the pintle orifice as well as the blockage factor and the TMR, which is greater by the TMR than the BF. The heat flux occurred at a high level than that of the two-row pintle injector, and P09, which was severely damaged, was found to be the highest.

In this study, it is confirmed that the simple two-piece pinle injector head can replace the previous head with 19 coaxial swirl injectors with the similar combustion efficiency and superior combustion stability characteristics. In addition,the feasibility of the spring-damper mechanism for the variable-area pintle injector is verified through the dynamic characteristic analysis, fabrication and cold water test.

(source: Summary 9p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제 출 문 ... 2
• 요 약 문 ... 3
• 목차 ... 5
• SUMMARY ... 8
• CONTENTS ... 11
• 제1장 서론 ... 14
• 제1절 연구의 필요성 ... 14
• 제2절 연구의 목표 ... 15
• 제3절 추진전략 및 방법 ... 16
• 제4절 연구 추진 일정 ... 17
• 제2장 연구사례 및 기존 수행연구 검토 ... 18
• 제1절 최근 연구사례 ... 18
• 제2절 기존 수행 연구 검토 ... 19
• 1. 주요설계 인자 ... 19
• 2. 핀틀 분사기 ... 19
• 3. 환형 오리피스 ... 19
• 4. 재시험 수행 대상 검토 ... 19
• 제3장 고정 핀틀 분사기 제작/시험 ... 20
• 제1절 핀틀 분사기 제작 ... 20
• 제2절 연소시험 수행 결과 ... 20
• 1. 설비 및 계측 정보 ... 20
• 2. 연소시험 조건 ... 20
• 3. 연소시험 이력 ... 20
• 4. 시험 결과 분석 ... 24
• 제4장 가변 면적 오리피스 핀틀 분사기 개발 ... 38
• 제1절 가변 핀틀 분사기 설계 ... 38
• 1. 스프링-댐퍼 메커니즘 설계 ... 38
• 2. 서보밸브 메커니즘 설계 ... 44
• 제2절 동적 응답 특성 해석 ... 45
• 1. 스프링-댐퍼 ... 45
• 2. 유압(서보) 밸브 ... 47
• 제3절 가변 핀틀 분사기 수류시험 시제 구조해석 ... 51
• 1. 스프링 댐퍼 타입 핀틀 분사기 설계 ... 51
• 2. 서보 밸브 타입 핀틀 분사기 설계 ... 54
• 제4절 스프링-댐퍼 수류시험 ... 57
• 1. 수류시험 설비 ... 57
• 2. 스프링-댐퍼 수류시험 결과 ... 58
• 제5장 연구개발 목표의 달성도 및 대외기여도 ... 61
• 제1절 정성적 성과 ... 61
• 제2절 정량적 성과 ... 61
• 1. 논문게재 성과 ... 61
• 2. 학술대회 발표 성과 ... 61
• 3. 산업 재산권 성과 ... 62
• 4. 협동과제/위탁과제 현황 ... 62
• 제6장 연구개발결과의 활용계획 ... 63
• 제7장 참고문헌 ... 64
• 끝페이지 ... 65